概述

今天主要分享UNDO的一些作用及oracle是如何去设计并管理它的，大家一起看下吧~

01

UNDO的作用

1、作用

还原段的引入，主要是为了解决三个问题。

事务恢复：在进行DML操作时，insert、update、delete操作时，undo段记录事务的反向操作并且redo日志也记录undo段的操作，既redo保护undo段的信息。当实例关闭或意外崩溃后，再次open时实例需要对没有commit的事务进行回滚，完成事务的恢复。

事务回滚：用户进行DML操作后没有进行commit，需要修改前的数据。只要该操作在undo段保护的时间内，此时执行rollback操作可以回滚到最近记录点或上一次commit操作后的状态，恢复到数据修改前的状态。

读一致性：当进行DML操作时，undo段会记录数据变更前的状态（通过构造原数据的一致性数据块）。如果用户还没有进行commit操作，其他人查询此条数据会看到数据变更前的状态。因为其他用户读到的数据是undo段中原数据块中的数据，保证没有commit的数据读取的一致性。

2、读一致性

下面模拟复杂环境下，读一致性在复杂环境下如何能够保证？

1）会话A在9:50分的时候对T表发起了一次查询，需要10分钟完成查询结果打印。

2）会话B在9:51分对T表进行了一次update，并且commit。此时undo段会记录会话B在update的反向操作，假设名为undo1。

3）会话C在9:52分对T表进行了一次insert，并且同样commit。此时undo段会记录insert反向操作，假设名为undo2。

4）会话A的查询在发起时已经记录数据库当前的SCN号，假设此时SCN号为950。由于ILT事务槽记录最新的SCN号，所以再与数据块头部ILT事务槽中的SCN号进行比对时发现当前SCN大于950，所以需要对undo段进行查询。查询到undo2段信息进行比对发现SCN大于950，通过undo中记录的事务信息在进行前一个数据变更查找，此时undo1的SCN还是大于950，再继续查找前面的undo信息，发现undo0的SCN号比950要早，此时会将undo0记录的数据的信息+未变更的数据块信息打印给用户。

5）由于undo段是通过覆盖的方式进行记录的，如果时间过长或频繁进行DML操作。那么在寻找过程中可能会出现没有小于SCN号950的undo段，会返回一个经典错误ORA-1555 snapshoot too old（快照过旧），这样是为了避免幻影读、脏读等现象，保证读一致性的绝对特性。

通过上面的一个模拟，证明undo段不仅记录事务的回滚信息、同样记录ILT事务槽的上一次变更信息，并且保证能够通过不断读取undo段中记录ILT事务槽中的SCN号进行事务的历史查询。简单来讲只要UNDO段足够大，数据库中任何时间的DML操作都可以进行查询。

读一致性的具体步骤

1. 确认读取时间的SCN号
2. 搜索所有关联此表、行的数据块，要求数据块ILT事务槽的SCN号要小于读取时刻的SCN号。
3. 如果搜索到小于读取时刻的SCN号，直接读取
4. 如果全部没有小于读取时刻的SCN号，则根据数据块内ILT事务槽记录的undo信息，查找改变之前的数据。如果SCN号还是大于读取时刻，那么通过递归读取undo块所有关联这一事务的数据块，直至找到比读取时刻SCN号小undo块的信息，找到后进行读取。
5. 如果没有比读取时刻的SCN号小的undo信息，那么报ORA-155错误。

3、实例恢复与事务回滚解析

实例恢复：在需要实例恢复时，oracle会读取UNDO段的头部信息的事务表，每一个事务是否commit的信息都会存储在事务表内。已经commit的事务不作处理，没有commit的事务会进行rollback的回滚处理完成事务回滚。防止脏数据的写入，造成脏读。

事务回滚：当需要回滚事务时，由于错误或者rollback命令都会产生回滚需求。此时根据ITL槽中记录的undo数据块地址找到undo块，进行数据的反向操作，从而实现恢复数据，即回滚事务。

02

UNDO参数的解析

1、UNDO_MANAGEMENT

该初始化参数用于指定UNDO数据的管理方式.如果要使用自动管理模式,必须设置该参数为AUTO,如果使用手工管理模式,必须设置该参数为MANUAL,使用自动管理模式时,oracle会使用undo表空间管理undo管理,使用手工管理模式时,oracle会使用回滚段管理undo数据,如果使用自动管理模式时,如果没有配置初始化参数UNDO_TABLESPACE。Oracle会自动选择第一个可用的UNDO表空间存放UNDO数据,如果没有可用的UNDO表空间,oracle会使用SYSTEM回滚段存放UNDO记录,并在ALTER文件中记载警告.

2、UNDO_TABLESPACE

该初始化参数用于指定例程所要使用的UNDO表空间,使用自动UNDO管理模式时,通过配置该参数可以指定实例所要使用的UNDO表空间.

在RAC(Real Application Cluster)结构中,因为一个UNDO表空间不能由多个实例同时使用,所有必须为每个实例配置一个独立的UNDO表空间.

3、undo_retention参数

在oracle 10g开始引入undo_retention参数，该参数是一个时间值。说明当还原段中的事务在提交后继续保留的时间，为flashback等工具进行如闪回数据等操作，该参数默认值为900秒，可以动态修改。

该参数以秒为单位，表示当事务提交或回滚以后，该事务所使用undo块里的数据能够提供的保留时间。当保留时间超过undo_retention所指定的时间以后，该undo块才能够被其他事务覆盖。当我们使用AUM的时候，并且设置了undo_retention以后，undo块的状态就会存在如下4种情况。

• active：活跃的，表示正在使用该数据块的事务还没有提交或回滚。
• inactive：不活跃的，表示该数据块上没有活动的事务，该状态的数据块可以被其他事务覆盖。
• expired：达到时间上限的，表示该数据块持续inactive的时间已经超过了undo_retention所指定的时间，如果没有freed、inactive可以被其他事务覆盖。
• freed：已经释放的，表示该数据块是空的，从来没有使用过。

在自动管理模式中，事务可以在不同的undo segment之间动态交换undo空间，也就是在不同的undo segment里交换extents。

当一个事务需要更多的undo空间的时候，如何进行处理？

当事务进行DML操作需要undo段进行事务保护时，首先获取undo表空间里可用的、空的extents（segment的最小分配单位是extent），获取其他undo segment里的expired状态的extents。

如果undo表空间内的数据文件启动了autoextensible（自动拓展），则数据文件会进行自动拓展。如果没有启动自动拓展，则获取undo segment里处于inactive状态的extent，如果没有此种状态的，会报ORA-30036（undo无法继续拓展）。

undo表空间获取空间的申请顺序

freed=>expired=>自动拓展（必须该参数为yes状态才可以）=>inactive（下面详细解释此种状态的覆盖）=>ORA-30036

而且在使用数据块时尽量使用相对更短的连续extent，如不足时才使用更连续的extent。这样能够减少碎片的产生。并且尽量不去覆盖inactive状态的数据块，如果空间足够会最大限度的保存此种状态的数据块包含的信息。

03

UNDO段的分类

1、分类

oracle中还原段共包含两大类，系统还原段和非系统还原段。

系统还原段为系统表空间使用，当系统表空间中的对象发生变化时，这些对象的原始值就保存在系统还原段中，系统还原段在系统表空间中创建，可以在自动模式和手动模式中。

非系统还原段为非系统表空间如用户表空间等所使用，当一个数据库系统具有非系统表空间时，就需要至少一个非系统还原段或一个自动管理的还原表空间，其中自动管理模式由数据库服务器自动维护，但需要至少一个还原表空间，而手动管理模式需要管理员创建非系统还原段，这些手动的非系统还原段分为两种类型，即公有还原段和私有还原段。

Oracle 9i以上版本都实现了还原段的自动管理，使用自动管理需要首先创建一个还原表空间，并通过还原表空间告诉数据库服务器，之后的管理工作都由数据库服务器自动完成。

2、还原段的自动管理

这里只涉及私有还原段的管理，即单实例UNDO段自动管理

在oracle 11g中通过两个参数来设置还原段的自动管理：

UNDO_MANAGEMENT（还原段的管理方式）：此参数为静态参数需要设置后重启数据库才能生效。

UNDO_TABLESPACE（还原表空间的名字）：此参数为动态参数设置完成可在数据库启动状态生效。

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利用dba_undo_extents数据字典中查找undo段记录的原数据

该数据字典记录所有undo表空间记录undo段的分配信息，包括记录表空间的名字、段、区段、数据文件ID、数据块ID、retention保留状态等信息。

1、创建T表插入一行数据

create table t (id number,name varchar2(10));
insert into t values (1,'hwb');

2、查询此条更新记录回滚段的名字

select a.username,b.name,c.used_ublk from v$session a,v$rollname b,v$transaction c where a.saddr=c.ses_addr and b.usn=c.xidusn;

• v$session：记录用户关于会话信息
• v$rollname：记录回滚段的名字
• v$transaction：记录关于事务的信息

3、通过查询到的回滚段名字，查询该回滚段在所在表空间、区段等信息

select segment_name,tablespace_name,extent_id from dba_undo_extents where segment_name='_SYSSMU3_2097677531$';

后面会分享更多devops和DBA方面的内容，感兴趣的朋友可以关注一下~